JP2014174351A - 画像形成装置および電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】紙間において転写部に印加される電圧の極性が、転写時とは反対の極性に遷移するまでの時間を短縮可能な画像形成装置および電源装置を提供する。
【解決手段】画像形成装置は、転写部と直流電源と交流電源と蓄電部と電源制御部とを備える。転写部は、像担持体上に形成された静電トナーパターンを用紙に転写する。直流電源は、直流電圧を生成する。交流電源は、転写部と直流電源との間に直列に接続され、交流電圧を生成する。蓄電部は、交流電源から見て直流電源と並列に接続される。電源制御部は、転写部による転写が行われる場合は、直流電圧に交流電圧を重畳した第１重畳電圧を出力する制御を行う一方、転写部による転写が終了してから、転写部による次の転写が行われる前までの間においては、転写時とは反対の極性の直流電圧に交流電圧を重畳した第２重畳電圧を出力する制御を行う。
【選択図】図３

Description

本発明は、画像形成装置および電源装置に関する。

電子写真方式の画像形成装置では、通常、像担持体（例えば中間転写ベルト）上に形成された静電トナーパターンに転写電源から直流電圧を印加することで、静電トナーパターンを構成するトナーなどの現像剤を用紙に移動させ、静電トナーパターンを用紙に転写する。

ところで、レザック紙や和紙などのように、表面の凹凸が大きく、表面平滑性が低い用紙の場合、凹部は凸部に比べて現像剤が転写されにくいため、凹部への印刷が淡くなってしまうという問題がある。

このため、転写用の直流電圧に交流電圧を重畳し、現像剤を振動させることで、凹部への現像剤の転写率を向上させる技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

一般的に画像形成装置にて用いられるトナーは負極性に帯電しているため、転写時においては、像担持体上に形成されたトナーパターンを用紙に転写するためのローラ（転写部）に対して、負極性の電圧を印加することでトナーに斥力を与え、転写を行う。

また、ある１枚の用紙に対する静電トナーパターンの転写を行う際に、その直前の転写時の斥力で飛散したトナーによって、当該用紙が汚れることを防止する目的で、１回の転写が終了してから次の転写が行われるまでの間に（紙と紙との間に）、転写時とは反対の正極性の電圧を転写部に印加することにより、直前の転写時の斥力で飛散したトナーを像担持体側（ベルト側）に引き付けておくことが考えられる。

ここで、直流電源と交流電源を直列に配置する場合、交流出力による直流電源への干渉等を抑えるために、交流出力をバイパスさせるためのバイパス用コンデンサ（蓄電部）を設けることが必要になる。しかしながら、このバイパス用コンデンサの容量分だけ、直流電源にとっての負荷容量が増大するため、転写部に印加される電圧が正極性に遷移するまでの時間が長期化するという問題がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、紙間において転写部に印加される電圧の極性が、転写時とは反対の極性に遷移するまでの時間を短縮可能な画像形成装置および電源装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、像担持体上に形成された静電トナーパターンを用紙に転写する転写部と、直流電圧を生成する直流電源と、前記転写部と前記直流電源との間に直列に接続され、交流電圧を生成する交流電源と、前記交流電源から見て前記直流電源と並列に接続される蓄電部と、前記転写部による転写が行われる場合は、前記直流電圧に前記交流電圧を重畳した第１重畳電圧を出力する制御を行う一方、前記転写部による転写が終了してから、前記転写部による次の転写が行われるまでの間においては、転写時とは反対の極性の前記直流電圧に前記交流電圧を重畳した第２重畳電圧を出力する制御を行う電源制御部と、を備える画像形成装置である。

本発明によれば、紙間において転写部に印加される電圧の極性が、転写時とは反対の極性に遷移するまでの時間を短縮できる。

図１は、第１実施形態に係る複写システムの全体構成の一例を示す模式図である。 図２は、第１実施形態に係る複写機の作像及び転写にかかる構成の一例を示す模式図である。 図３は、第１実施形態に係る複写機の電気的構成の一例を示すブロック図である。 図４は、第１実施形態に係る直流電源及び交流電源を実現するための構成の一例を示す回路図である。 図５は、短パルス状矩形波の交流電圧を直流電圧に重畳した重畳電圧の一例を示す図である。 図６は、正弦波の交流電圧を直流電圧に重畳した重畳電圧の一例を示す図である。 図７は、第２実施形態に係る複写機の電気的構成の一例を示すブロック図である。 図８は、第２実施形態における負荷側の電圧波形の一例を示す図である。 図９は、第３実施形態に係る複写機の電気的構成の一例を示すブロック図である。

以下、添付図面を参照しながら、本発明に係る画像形成装置および電源装置の実施形態を詳細に説明する。以下の実施形態では、本発明に係る画像形成装置を電子写真方式のモノクロ複写機に適用した場合を例に挙げて説明するが、これに限定されるものではない。本発明に係る画像形成装置は、電子写真方式で画像を形成する装置であれば、モノクロ、カラーを問わず適用でき、例えば、電子写真方式の印刷装置や複合機（ＭＦＰ：Multifunction Peripheral）などにも適用できる。なお、複合機とは、印刷機能、複写機能、スキャナ機能、及びファクシミリ機能のうち少なくとも２つの機能を有する装置である。

（第１実施形態）
まず、本実施形態の複写システムの構成について説明する。

図１は、本実施形態の複写システム１の全体構成の一例を示す模式図である。図１に示すように、複写システム１は、複写機２と、ＡＤＦ（Auto Document Feeder）３と、フィニッシャ４と、両面反転ユニット５と、拡張給紙トレイ６と、大容量給紙トレイ７と、インサートフィーダ８と、１ビン排紙トレイ９とを、備える。

複写機２は、複写システム１の本体部に該当し、原稿を電子的に読み取って画像データを生成するスキャナ部、スキャナ部によって生成された画像データに基づく画像を作像する作像部、用紙を給紙する給紙部、作像された画像を用紙に転写する転写部など（スキャナ部及び給紙部については図示省略、作像部及び転写部については図１では図示省略）を、備える。以下では、画像が転写された用紙を複写物と称する場合がある。

ＡＤＦ３は、原稿を自動的に複写機２（詳細には複写機２のスキャナ部）に送るものである。

フィニッシャ４は、ステープラ及びシフトトレイなどを有するいわゆる後処理装置であり、複写機２によって複写された複写物にステープル処理などの後処理を施す。なお、フィニッシャ４は、これに限定されるものではなく、ステープル処理、パンチ（穿孔）処理、及び折り処理などの後処理を施すものであればよい。

両面反転ユニット５は、用紙の両面に複写を行う場合に、片面に画像が転写された用紙を反転して複写機２（詳細には複写機２の転写部）に戻すものである。

拡張給紙トレイ６は、拡張用の給紙トレイであり、用紙を複写機２の転写部に送る。

大容量給紙トレイ７は、複写機２の給紙部や拡張給紙トレイ６よりも多くの用紙を収納可能な給紙トレイであり、用紙を複写機２の転写部に送る。

インサートフィーダ８は、表紙や合紙などの用紙を複写機２の転写部に送る。

１ビン排紙トレイ９は、１つのビンを排紙先とする排紙トレイであり、複写機２によって複写された複写物が排紙される。

図２は、本実施形態の複写機２の作像及び転写にかかる構成の一例を示す模式図である。図２に示すように、複写機２は、作像部２０と、駆動用ローラ２１、２２と、中間転写ベルト２３と、斥力ローラ２４と、二次転写ローラ２５と、二次転写用の直流電源１１０及び交流電源１４０を含む電源装置２００と、電源装置２００の出力を制御する電源制御部３００と、を備える。

作像部２０は、感光体ドラム２０ａ、帯電装置、現像装置、一次転写ローラ２０ｂ、及びクリーニング装置など（帯電装置、現像装置、及びクリーニング装置については図示省略）を、備える。

作像部２０及び図示せぬ照射装置は、感光体ドラム２０ａ上で作像プロセス（帯電工程、照射工程、現像工程、転写工程、及びクリーニング工程）を行うことにより、感光体ドラム２０ａ上に静電トナーパターンを形成し、中間転写ベルト２３に転写する。

まず、帯電工程では、図示せぬ帯電装置は、回転駆動されている感光体ドラム２０ａの表面を帯電する。

続いて、照射工程では、図示せぬ照射装置は、感光体ドラム２０ａの帯電面に光変調されたレーザ光を照射し、感光体ドラム２０ａの表面に静電潜像を形成する。

続いて、現像工程では、図示せぬ現像装置は、感光体ドラム２０ａ上に形成された静電潜像をトナー（現像剤の一例）で現像する。これにより、静電潜像をトナーで現像したトナー像である静電トナーパターンが感光体ドラム２０ａ上に形成される。

続いて、転写工程では、一次転写ローラ２０ｂは、感光体ドラム２０ａ上に形成された静電トナーパターンを中間転写ベルト２３に転写（一次転写）する。なお、感光体ドラム２０ａ上には、静電トナーパターンの転写後においても未転写トナーが僅かながら残存する。この例では、中間転写ベルト２３が、請求項の「像担持体」に対応しているが、これに限られるものではない。

続いて、クリーニング工程では、図示せぬクリーニング装置は、感光体ドラム２０ａ上に残存している未転写トナーを払拭する。

なお本実施形態では、複写機２がモノクロで複写を行う複写機であるため、作像部は単数となっているが、複写機２がカラーで複写可能であれば、作像部は複数となり、使用するトナーの色彩の数に応じた数の作像部を備えることになる。この場合、各作像部は、使用するトナーの色彩は異なるが、構成及び動作は、共通となる。

中間転写ベルト２３は、駆動用ローラ２１、２２や斥力ローラ２４などの複数のローラに掛け回されたエンドレスのベルトであり、駆動用ローラ２１、２２の一方が回転駆動させられることにより無端移動する。

中間転写ベルト２３は、作像部２０（一次転写ローラ２０ｂ）により静電トナーパターンが転写され、転写された静電トナーパターンを斥力ローラ２４と二次転写ローラ２５との間に搬送する。この際、図示せぬ給紙部などにより、用紙Ｐが、静電トナーパターンの搬送タイミングに合わせて、斥力ローラ２４と二次転写ローラ２５との間に搬送される。このため、静電トナーパターンと用紙Ｐとの転写位置が一致する。

なお本実施形態では、用紙Ｐは、例えば、表面平滑性が低い（表面の凹凸が大きい）レザック紙や表面平滑性が高い（表面の凹凸が小さい）普通紙であるものとするが、これに限定されるものではない。

斥力ローラ２４（負荷の一例）は、二次転写ローラ２５との間の二次転写ニップ（図示省略）で、中間転写ベルト２３により搬送された静電トナーパターンを用紙Ｐに転写（二次転写）する。なお、斥力ローラ２４は、転写バイアス用の電源である交流電源１４０（但し、交流電源１４０が複写機２に接続されていない場合は、直流電源１１０）に接続され、二次転写ローラ２５は、接地されている。この例では、斥力ローラ２４と二次転写ローラ２５が、請求項の「転写部」に対応しているが、これに限られるものではない。

直流電源１１０及び交流電源１４０は、二次転写電源（電源装置２００）を構成し、斥力ローラ２４及び二次転写ローラ２５による二次転写が行われるタイミングで、斥力ローラ２４に高電圧を印加する。ここで、複写機２では、一般的な画像形成装置同様、トナーが負極性に帯電しているため、直流電源１１０及び交流電源１４０は、斥力ローラ２４に負極性の高電圧を印加することで、トナーに斥力を加え、転写を行うものとする。

直流電源１１０は、直流電圧を生成する。本実施形態では、直流電源１１０は、電源制御部３００の制御の下、負極性の直流電圧または正極性の直流電圧を生成して出力する。より具体的には、直流電源１１０は、用紙に対する静電トナーパターンの転写（転写部による転写）が行われる場合は、負極性の直流電圧を生成して出力する一方、ある１枚の用紙に対する静電トナーパターンの転写が終了してから、次の用紙に対する静電トナーパターンの転写が行われるまでの間（転写部による転写が行われてから、転写部による次の転写が行われるまでの間と捉えることができる。以下の説明では、「紙間（紙と紙との間）」と呼ぶ場合がある）においては、転写時の極性とは反対の正極性の直流電圧を生成して出力する。直流電源１１０の具体的な構成については後述する。

交流電源１４０は、直流電源１１０と斥力ローラ２４との間に直列に接続され、交流電圧を生成する。本実施形態では、交流電源１４０は、電源制御部３００の制御の下、用紙に対する静電トナーパターンの転写が行われる場合は、斥力ローラ２４に対して、負極性の直流電圧に交流電圧を重畳した第１重畳電圧を出力する。これにより、斥力ローラ２４と二次転写ローラ２５との間に電位差が生じ、トナーが中間転写ベルト２３から用紙Ｐ側へ向かう電圧が生じるため、静電トナーパターンを用紙Ｐに転写することができる。つまり、斥力ローラ２４は、交流電源１４０から出力された第１重畳電圧を用いて、トナーを用紙Ｐに転写する。例えば、用紙Ｐが表面平滑性の低いレザック紙である場合、第１重畳電圧でトナーを双方向（転写方向及びその逆方向）に移動させて（振動させて）転写を行うため、凹部へのトナーの転写率が向上し、濃度ムラなどの発生を防止できるため、画像品質を向上できる。

静電トナーパターンが用紙Ｐに転写されると、図示せぬ定着装置により用紙Ｐの加熱及び加圧が行われ、静電トナーパターンが用紙Ｐに定着される。そして、静電トナーパターンが定着された用紙Ｐは、複写機２から１ビン排紙トレイ９（図１参照）に排紙される。

また、交流電源１４０は、電源制御部３００の制御の下、紙間においては、転写時とは反対の極性（この例では正極性）の直流電圧に交流電圧を重畳した第２重畳電圧を、斥力ローラ２４に対して出力する。交流電源１４０の具体的な構成については後述する。

電源制御部３００は、直流電源１１０および交流電源１４０を制御する。本実施形態では、電源制御部３００は、用紙に対する静電トナーパターンの転写が行われる場合は、負極性の直流電圧に交流電圧を重畳した第１重畳電圧を出力する制御を行う一方、紙間においては、転写時とは反対の正極性の直流電圧に交流電圧を重畳した第２重畳電圧を出力する制御を行う。なお、これに限らず、例えば電源制御部３００は、転写時は、正極性の直流電圧に交流電圧を重畳した第１重畳電圧を出力する制御を行う一方、紙間においては、転写時とは反対の負極性の直流電圧に交流電圧を重畳した第２重畳電圧を出力する制御を行う構成であってもよい。この場合は、トナーを正極性に帯電させる必要がある。要するに、電源制御部３００は、転写時は、直流電圧（正極性の直流電圧または負極性の直流電圧）に交流電圧を重畳した第１重畳電圧を出力する制御を行う一方、紙間においては、転写時とは反対の極性の直流電圧に交流電圧を重畳した第２重畳電圧を出力する制御を行うものであればよい。

なお、用紙に対する静電トナーパターンの転写が行われる場合は、斥力ローラ２４（転写部）に対して、前述の第１重畳電圧または負極性の直流電圧が、選択的に出力される形態であってもよい。この形態では、電源制御部３００は、ユーザ設定に応じて、転写時に第１重畳電圧を斥力ローラ２４に印加する制御を行うか、転写時に負極性の直流電圧を斥力ローラ２４に印加する制御を行うかを切り替えることができる。この例では、用紙Ｐがレザック紙である場合には、斥力ローラ２４に対して第１重畳電圧を印加するユーザ設定、用紙Ｐが普通紙である場合には、斥力ローラ２４に対して負極性の直流電圧を印加するユーザ設定が、ユーザにより予め行われることを想定している。

図３は、本実施形態の複写機２の電気的構成の一例を示すブロック図である。図３に示すように、複写機２は、電源装置２００と、電源制御部３００と、を備える。

図３の例では、電源装置２００は、直流電源１１０と、交流電源１４０と、蓄電部２５０とを含む。図３に示すように、直流電源１１０は、負極性の直流電源を生成する第１直流電源１１１と、正極性の直流電源を生成する第２直流電源１１２とから構成される。第１直流電源１１１は、電源制御部３００からの第３駆動信号に応じて、負極性の直流電圧を生成して出力する。また、第２直流電源１１２は、電源制御部３００からの第４駆動信号に応じて、正極性の直流電圧を生成して出力する。

この例では、用紙に対する静電トナーパターンの転写が行われる場合は、電源制御部３００からの第３駆動信号が第１直流電源１１１に入力される一方、電源制御部３００からの第４駆動信号は第２直流電源１１２には入力されない。そして、第１直流電源１１１は、入力された第３駆動信号に応じて、負極性の直流電圧を生成して出力する。また、この例では、紙間においては、電源制御部３００からの第４駆動信号が第２直流電源１１２に入力される一方、電源制御部３００からの第３駆動信号は第１直流電源１１１には入力されない。そして、第２直流電源１１２は、入力された第４駆動信号に応じて正極性の直流電圧を生成して出力する。第３駆動信号、第４駆動信号、および、直流電源１１０のより詳細な内容については後述する。

なお、本実施形態では、直流電源１１０は、負極性の直流電圧を生成する第１直流電源１１１と、正極性の直流電圧を生成する第２直流電源１１２とから構成されている（２つの装置から構成されている）が、負極性の直流電圧および正極性の直流電圧の各々を個別に生成して出力可能なひとつの装置から構成される形態であってもよい。

交流電源１４０は、電源制御部３００からの第１駆動信号および第２駆動信号に応じて、交流電圧を生成する。この例では、用紙に対する静電トナーパターンの転写が行われる場合は、交流電源１４０は、第１直流電源１１１から出力された負極性の直流電圧に、電源制御部３００からの第１駆動信号および第２駆動信号に応じて生成した交流電圧を重畳した第１重畳電圧を生成して出力する。一方、紙間においては、交流電源１４０は、第２直流電源１１２から出力された正極性の直流電圧に、電源制御部３００からの第１駆動信号および第２駆動信号に応じて生成した交流電圧を重畳した第２重畳電圧を生成して出力する。第１駆動信号、第２駆動信号、および、交流電源１４０のより詳細な内容については後述する。

蓄電部２５０は、交流電源１４０から見て直流電源１１０と並列に接続される。本実施形態では、蓄電部２５０は、交流出力をバイパスするためのコンデンサ（バイパス用コンデンサ）で構成される。蓄電部２５０は、例えば交流出力による直流電源回路への干渉や交流回路の損失等を抑制する役割を果たす。ここで、前述したように、用紙に対する静電トナーパターンの転写が行われる場合は、負極性の直流電圧が直流電源１１０から出力されるので、蓄電部２５０には負極性の電圧が充電される。このため、従来のように、紙間において、直流電源１１０から出力される直流電圧の極性が正極性に切り替わるのみの構成（紙間において交流電圧は出力されない構成）では、直流電源１１０にとっての負荷容量が、斥力ローラ２４と二次転写ローラ２５間の負荷容量に加えて蓄電部２５０の容量分だけ重く、斥力ローラ２４（負荷）に印加される電圧の極性が負極性から正極性に遷移するまでに長時間を要してしまう。例えば斥力ローラ２４と二次転写ローラ２５間の負荷容量が７０ｐＦであるのに対して、蓄電部２５０の容量は１０００ｐＦといったレベルで必要であるため、蓄電部２５０の容量による影響は非常に大きいものとなる。

そこで、本実施形態では、紙間において、直流電源１１０から出力される直流電圧の極性を、転写時とは反対の正極性に切り替えるとともに、正極性に切り替えた直流電圧に交流電圧を重畳した第２重畳電圧を出力する制御を行うことにより、転写時において負極性の電圧が充電された蓄電部２５０の放電を早めることが可能になることを見出した。これにより、紙間において、斥力ローラ２４に印加される電圧の極性が負極性から正極性に遷移するまでの時間を短縮することができる。

電源制御部３００は、直流電源１１０および交流電源１４０を制御する。本実施形態では、電源制御部３００は、用紙に対する静電トナーパターンの転写が行われる場合は、交流電源１４０に対して第１駆動信号および第２駆動信号を出力し、第１直流電源１１１に対して第３駆動信号を出力することで、負極性の直流電圧に交流電圧を重畳した第１重畳電圧を出力する制御を行う。一方、紙間においては、電源制御部３００は、交流電源１４０に対して第１駆動信号および第２駆動信号を出力し、第２直流電源１１２に対して第４駆動信号を出力することで、転写時とは反対の極性（この例では正極性）に切り替えた直流電圧に交流電圧を重畳した第２重畳電圧を出力する制御を行う。本実施形態では、電源制御部３００のハードウェア構成は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）などを有する通常のコンピュータ装置のハードウェア構成を利用しており、電源制御部３００の機能は、ＣＰＵがＲＯＭ等に格納されたプログラムをＲＡＭ上に展開して実行することにより実現される。

次に、前述の直流電源１１０および交流電源１４０を実現するための具体的な構成について説明する。図４は、前述の直流電源１１０及び交流電源１４０を実現するための構成の一例を示す回路図である。

直流電源１１０は、第１直流電源１１１と第２直流電源１１２とから構成される。まず、第１直流電源１１１の具体的な構成を説明する。図４の例では、第１直流電源１１１は、電圧制御回路１２１と、電流制御回路１２２と、直流駆動回路１２３と、直流高圧トランスの１次側巻線Ｎ１＿ＤＣ（−）１２４と、直流高圧トランスの２次側巻線Ｎ２＿ＤＣ（−）１２５と、直流電圧検出回路１２６と、直流電圧検出回路１２７と、を備える。

第１直流電源１１１には、電源制御部３００から、負極性の直流電圧の出力の大きさを制御するＤＣ（−）＿ＰＷＭ信号が入力され、入力されたＤＣ（−）＿ＰＷＭ信号は積分されて、電流制御回路１２２（コンパレータ）に入力される。この例では、ＤＣ（−）＿ＰＷＭ信号は、図３に例示した「第３駆動信号」に対応している。積分されたＤＣ（−）＿ＰＷＭ信号の値は、電流制御回路１２２における基準電圧となる。また、直流電流検出回路１２８は、第１直流電源１１１が出力した直流電流を直流電源１１０の出力ライン上で検出し、検出した直流電流の出力値を電流制御回路１２２に入力する。そして電流制御回路１２２は、基準電圧に対し直流電流が小さい場合には直流高圧トランスの直流駆動回路１２３を積極的に駆動させ、基準電圧に対し直流電流が大きい場合には直流高圧トランスの直流駆動回路１２３の駆動を規制する。これにより、第１直流電源１１１は、定電流性を確保している。

また、直流電圧検出回路１２６は、第１直流電源１１１が出力した直流電圧を検出し、検出した直流電圧の出力値を電圧制御回路１２１（コンパレータ）に入力する。そして電圧制御回路１２１は、直流電圧の出力値が上限に達した際には、直流高圧トランスの直流駆動回路１２３の駆動を規制する。また、直流電圧検出回路１２７は、直流電圧検出回路１２６により検出された直流電圧の出力値をＦＢ＿ＤＣ（−）信号として電源制御部３００にフィードバックする。

電流制御回路１２２及び電圧制御回路１２１の制御に従った直流駆動回路１２３の駆動により、直流高圧トランスの１次側巻線Ｎ１＿ＤＣ（−）１２４及び直流高圧トランスの２次側巻線Ｎ２＿ＤＣ（−）１２５にて生成された出力はダイオード及びコンデンサによって平滑された後、直流電圧として交流電源１４０に入力され、交流電源入力部１５７を介して交流高圧トランスの２次側巻線Ｎ２＿ＡＣ１５６に印加される。

次に、第２直流電源１１２の具体的な構成を説明する。図４の例では、第２直流電源１１２は、電圧制御回路１９１と、電流制御回路１９２と、直流駆動回路１９３と、直流高圧トランスの１次側巻線Ｎ１＿ＤＣ（−）１９４と、直流高圧トランスの２次側巻線Ｎ２＿ＤＣ（−）１９５と、直流電圧検出回路１９６と、直流電流検出回路１９７と、を備える。

第２直流電源１１２には、電源制御部３００から、正極性の直流電圧の大きさを制御するＤＣ（＋）＿ＰＷＭ信号が入力され、入力されたＤＣ（＋）＿ＰＷＭ信号は、電圧制御回路１９１（コンパレータ）に入力される。この例では、ＤＣ（＋）＿ＰＷＭ信号は、図３に例示した「第４駆動信号」に対応している。入力されたＤＣ（＋）＿ＰＷＭ信号の値は、電圧制御回路１９１における基準電圧となる。また、直流電圧検出回路１９６は、直流電源１１０の出力ライン上で第２直流電源１１２が出力した直流電圧を検出し、検出した直流電圧の出力値を電圧制御回路１９１に入力する。そして電圧制御回路１９１は、基準電圧に対し直流電圧が小さい場合には直流高圧トランスの直流駆動回路１９３を積極的に駆動させ、基準電圧に対し直流電圧が大きい場合には直流高圧トランスの直流駆動回路１９３の駆動を規制する。これにより、第２直流電源１１２は、定電圧性を確保している。

また、直流電流検出回路１９７は、第２直流電源１１２が出力した直流電流を検出し、検出した直流電流の出力値を電流制御回路１９２（コンパレータ）に入力する。そして電流制御回路１９２は、直流電流の出力値が上限に達した際には、直流高圧トランスの直流駆動回路１９３の駆動を規制する。

電流制御回路１９２及び電圧制御回路１９１の制御に従った直流駆動回路１９３の駆動により、直流高圧トランスの１次側巻線Ｎ１＿ＤＣ（＋）１９４及び直流高圧トランスの２次側巻線Ｎ２＿ＤＣ（＋）１９５にて生成された出力はダイオード及びコンデンサによって平滑された後、直流電圧として交流電源入力部１５７から交流電源１４０に入力され、交流高圧トランスの２次側巻線Ｎ２＿ＡＣ１５６に印加される。

次に、交流電源１４０の具体的な構成を説明する。交流電源１４０により生成される交流電圧は、正弦波及び矩形波のいずれであってもよいが、本実施形態では、短パルス状矩形波であるものとする。これは、交流電圧の波形を短パルス状矩形波にすることで、より画像品質の向上に寄与できるためである。

以下、正弦波に対する短パルス状矩形波の利点を具体的に説明する。図５は、短パルス状矩形波の交流電圧を負極性の直流電圧に重畳した第１重畳電圧の一例を示す図であり、図６は、正弦波の交流電圧を負極性の直流電圧に重畳した第１重畳電圧の一例を示す図である。

一般的に、交流電圧は、時間によって表すことができるため、図５に示す第１重畳電圧は、数式（１）、（２）で表すことができ、図６に示す第１重畳電圧は、数式（３）で表すことができる。

Ｖ（ｓ）＝Ｖ_＋ （０≦ｓ≦Ｔ’） …（１）

Ｖ（ｓ）＝Ｖ₋ （Ｔ’≦ｓ≦Ｔ） …（２）

Ｖ（ｓ）＝Ｖ_ｍｓｉｎωｓ …（３）

ここで、ｓは時間を表し、Ｖ_＋はパルス電圧の正極性の増大値を表し、Ｖ₋はパルス電圧の負極性の増大値を表し、Ｔはパルス電圧の波形の周期を表し、Ｔ’は極性の切換点を表す。なお、パルス電圧の正極性の出力エネルギーと負極性の出力エネルギーとは等しく、数式（４）の関係が成立するものとする。

Ｖ_＋×Ｔ’＝Ｖ₋×（Ｔ−Ｔ’） …（４）

また、Ｖ_ｍは正弦波の振幅を表し、ωは角速度を表す。

まず、図５及び図６に示す第１重畳電圧は、いずれも負極性の直流電圧に交流電圧を重畳したものであるため、負極性の直流電圧の値である第１重畳電圧の平均値（負の値）に、正極性の電気エネルギー及び負極性の電気エネルギーが互いに周期的に加えられている。そして、正極性の電気エネルギーが周期的に加えられることで、トナーは転写方向及びその逆方向に振動し、用紙の凹部へのトナーの付着量が増加する。一方、負極性の電気エネルギーも周期的に加えられるので、負極性の電圧も増大し、負極性の電圧ピーク値は第１重畳電圧の平均値よりも小さくなる。

ここで、負極性の電圧が増大しすぎると、気中放電が発生し、用紙の凸部に白抜けが生じてしまうため、負極性の電圧の増大値は、正極性の電圧の増大値よりも小さくすることが好ましい。しかし、図６に示すように、第１重畳電圧が正弦波の交流電圧と直流電圧とを重畳したものである場合、電圧の増大値は、正弦波の振幅Ｖ_ｍとなるため、上述のような調整は困難である。このため本実施形態では、図５に示すように、第１重畳電圧を短パルス状矩形波の交流電圧と直流電圧とを重畳したものとし、負極性の電圧の増大値Ｖ₋を正極性の電圧の増大値Ｖ_＋よりも小さくすることで、用紙の凸部への白抜けの発生を防止し、画像品質を向上している。

また、図５に示す第１重畳電圧と図６に示す第１重畳電圧との正極性のピーク値が等しい（Ｖ_＋＝Ｖ_ｍ）とすると、Ｖ₋は、数式（５）で表すことができる。

Ｖ₋＝Ｖ_ｍ×Ｔ’／Ｔ−Ｔ’ …（５）

ここで、発明者らは、Ｔ’がＴの１０〜２０％程度の場合、画像のにじみが低減することを発見した。これは、短パルス状矩形波において正極性の電圧印加時間を短時間にすることにより、正弦波における正極性の電圧印加に比べ、トナーの移動が急峻になり、トナーの散りが減少したことに起因していると考えられる。

このため、本実施形態では、図５に示すように、第１重畳電圧を短パルス状矩形波の交流電圧と直流電圧とを重畳したものとし、Ｔ’をＴの１０〜２０％程度に設定することで、画像のにじみを低減し、画像品質を向上している。

なお、Ｔ’をＴの１０〜２０％程度に設定しても、Ｖ₋は、Ｖ_ｍの１１〜２５％程度に抑えられるため、図６に示す第１重畳電圧と比べて、気中放電電圧に対しＶ_ｍ×３／４〜Ｖ_ｍ×８／９程度のマージンを確保することができ、気中放電に起因する用紙の凸部への白抜けの発生も防止することが可能になる。

図４に戻って説明を続ける。図４の例では、交流電源１４０は、電圧制御回路１５１と、電流制御回路１５２と、交流駆動回路１５３と、交流高圧トランスの１次側巻線Ｎ１＿ＡＣ１５４と、交流高圧トランスの１次側巻線Ｎ３＿ＡＣ１５５と、交流高圧トランスの２次側巻線Ｎ２＿ＡＣ１５６と、交流電源入力部１５７と、交流バイパス用コンデンサ１５９（蓄電部２５０に対応）と、交流電流検出回路１６０と、交流電流検出回路１６１と、出力異常検出回路１７１と、を備える。

交流電源１４０には、電源制御部３００から、交流電圧の大きさを制御するＡＣ＿ＰＷＭ信号が入力され、電圧制御回路１５１（コンパレータ）に入力される。この例では、ＡＣ＿ＰＷＭ信号は、図３に例示した「第１駆動信号」に対応しているが、これに限られるものではなく、例えば図３に例示した「第２駆動信号」に対応していると捉えることもできる。入力されたＡＣ＿ＰＷＭ信号の値は、電圧制御回路１５１における基準電圧となる。また、交流電圧検出回路１６２は、交流高圧トランスの１次側巻線Ｎ３＿ＡＣ１５５によって生じる相互誘導電圧から交流電圧の出力値を予測し、予測した交流電圧の出力値を電圧制御回路１５１に入力する。これは、交流電圧は直流電圧と重畳されるため、交流電源１４０自身の出力（交流電圧）のみを交流電源１４０の出力ライン上で検出することが困難なためである。そして電圧制御回路１５１は、基準電圧に対し交流電圧が小さい場合には交流高圧トランスの交流駆動回路１５３を積極的に駆動させ、基準電圧に対し交流電圧が大きい場合には交流高圧トランスの交流駆動回路１５３の駆動を規制する。これにより、交流電源１４０は、定電圧性を確保している。

また、交流電流検出回路１６０は、交流電源１４０の出力ラインである交流バイパス用コンデンサ１５９（蓄電部２５０に対応）の低圧側で交流電流を検出し、検出した交流電流の出力値を電流制御回路１５２（コンパレータ）に入力する。そして電流制御回路１５２は、交流電流の出力値が上限に達した際には、交流高圧トランスの交流駆動回路１５３の駆動を規制する。また、交流電流検出回路１６１は、検出した交流電流の出力値をＦＢ＿ＡＣ信号として電源制御部３００にフィードバックする。

交流高圧トランスの交流駆動回路１５３は、電源制御部３００から入力されるＡＣ＿ＣＬＫ信号と電圧制御回路１５１及び電流制御回路１５２とのＡＮＤ論理に従って駆動し、ＡＣ＿ＣＬＫと同一の周期を持つ出力を生成する。この例では、ＡＣ＿ＣＬＫ信号は、図３に例示した「第２駆動信号」に対応しているが、これに限られるものではなく、例えば図３に例示した「第１駆動信号」に対応していると捉えることもできる。

この例では、ＡＣ＿ＰＷＭ信号とＡＣ＿ＣＬＫ信号とに基づく交流駆動回路１５３の駆動により、交流高圧トランスにより生成される出力波形は、ＡＣ＿ＰＷＭ信号とＡＣ＿ＣＬＫ信号とで指示された任意の周波数に制御される。ＡＣ＿ＰＷＭ信号とＡＣ＿ＣＬＫ信号とで指示される任意の周波数は、転写時と紙間とで同じであってもよいし、異なっていてもよい。

交流駆動回路１５３の駆動により、交流高圧トランスの１次側巻線Ｎ１＿ＡＣ１５４にて生成された交流電圧は、２次側巻線Ｎ２＿ＡＣ１５６に印加されている直流電圧に重畳されて、電気接続部２４３から重畳電圧（第１重畳電圧または第２重畳電圧）として斥力ローラ２４に出力（印加）される。

出力異常検出回路１７１は、交流電源１４０の出力を監視し、出力値の急激な変化や出力がされていないことを検出すると、交流電源１４０の出力異常を示すＡＣ＿ＳＣ信号を電源制御部３００に出力する。

なお、本実施形態では、交流電源１４０は、定電圧制御を行っているものとするが、これに限定されるものではなく、定電流制御を行うようにしてもよい。

以上に説明したように、本実施形態では、紙間において、直流電源１１０から出力される直流電圧の極性を、転写時とは反対の正極性に切り替えるとともに、正極性に切り替えた直流電圧に交流電圧を重畳した第２重畳電圧を出力する制御を行うことにより、転写時において負極性の電圧が充電された蓄電部２５０の放電を早めることができることを見出した。これにより、紙間において、斥力ローラ２４に印加される電圧の極性が負極性から正極性に遷移するまでの時間を短縮することができるという有利な効果を奏する。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態について説明する。第２実施形態では、前述の電源制御部３００は、転写部による転写が終了してから、次の転写が行われる前までの間において（紙間において）、転写部に印加される電圧が所定値に到達した場合は、交流電圧の出力を停止する制御を行う点で上述の第１実施形態と相違する。以下、具体的に説明する。なお、上述の第１実施形態と共通する部分については適宜に説明を省略する。

図７は、第２実施形態に係る複写機の電気的構成の一例を示すブロック図である。本実施形態に係る複写機は、斥力ローラ２４に印加される電圧を監視するためのフィードバック回路４００をさらに有する点で上述の第１実施形態と相違する。

図７の例では、フィードバック回路４００は、抵抗ｒ１と、抵抗ｒ２と、Ａ／Ｄコンバータ４１０とを備える。図７の例では、互いに直列に接続された抵抗ｒ１および抵抗ｒ２は、交流電源１４０から斥力ローラ２４に至るライン上に介在するノードＮＤと、接地線（ＧＮＤ）との間に配置される。そして、Ａ／Ｄコンバータ４１０の入力側は、抵抗ｒ１と抵抗ｒ２との間の接続点に接続されるので、抵抗ｒ１および抵抗ｒ２で分圧されたノードＮＤの電圧が、Ａ／Ｄコンバータ４１０に入力されることになる。Ａ／Ｄコンバータ４１０は、入力された電圧（アナログ信号）を、デジタル信号に変換して電源制御部３００へ出力する。なお、フィードバック回路４００は、負荷の電圧ではなく、蓄電部２５０の電圧を監視可能な構成（配置）であってもよい。

電源制御部３００は、フィードバック回路４００から入力されるデジタル信号に基づいて、斥力ローラ２４に印加される電圧の値を検知することができる。そして、電源制御部３００は、紙間において、斥力ローラ２４に印加される電圧が所定値に到達したことを検知した場合は、交流電圧の出力を停止する制御を行う。図８は、本実施形態における負荷（斥力ローラ２４）側の電圧波形の一例を示す図である。前述したように、転写時は、負極性の直流電圧に交流電圧を重畳した第１重畳電圧を斥力ローラ２４に出力するので、電源制御部３００は、交流電源１４０に対してＡＣ＿ＰＷＭ信号（第１駆動信号）およびＡＣ＿ＣＬＫ信号（第２駆動信号）を出力し、第１直流電源１１１に対してＤＣ（−）＿ＰＷＭ信号（第３駆動信号）を出力する。また、前述したように、紙間（紙と紙の間）においては、正極性に切り替えた直流電圧に交流電圧を重畳した第２重畳電圧を斥力ローラ２４に出力するので、電源制御部３００は、交流電源１４０に対してＡＣ＿ＰＷＭ信号（第１駆動信号）およびＡＣ＿ＣＬＫ信号（第２駆動信号）を出力し、第２直流電源１１２に対してＤＣ（＋）＿ＰＷＭ信号（第４駆動信号）を出力する。

本実施形態によれば、上述の第１実施形態と同様の効果を達成できる上、交流電圧の無駄な出力を抑えることができる（消費電力を低減できる）。

（第３実施形態）
次に、第３実施形態について説明する。第３実施形態では、交流電圧の出力を指示する駆動信号の交流電源に対する供給の可否を制御する駆動信号制御部をさらに備える点で上述の第１実施形態と相違する。駆動信号制御部は、転写部に印加される電圧が所定値に到達した場合は、交流電源に対する電源制御部３００からの駆動信号の供給を停止する。以下、具体的に説明する。なお、上述の第１実施形態と共通する部分については適宜に説明を省略する。

図９は、第３実施形態に係る複写機の電気的構成の一例を示すブロック図である。本実施形態に係る複写機は、斥力ローラ２４に印加される電圧が所定値に到達したかどうかを検知可能なフィードバック回路４５０と、駆動信号制御部５００とをさらに有する点で上述の第１実施形態と相違する。

図９の例では、フィードバック回路４５０は、抵抗ｒ１と、抵抗ｒ２と、コンパレータ４６０とを備える。図９の例では、互いに直列に接続された抵抗ｒ１および抵抗ｒ２は、交流電源１４０から斥力ローラ２４に至るライン上に介在するノードＮＤと、接地線（ＧＮＤ）との間に配置される。そして、コンパレータ４６０の一方の入力端子（この例ではプラス側の入力端子）は、抵抗ｒ１と抵抗ｒ２との間の接続点に接続されるので、抵抗ｒ１および抵抗ｒ２で分圧されたノードＮＤの電圧が、コンパレータ４６０の一方の入力端子に入力されることになる。また、図９の例では、コンパレータ４６０の他方の入力端子（この例ではマイナス側の入力端子）には、基準電圧が入力される。

この例では、斥力ローラ２４に印加される電圧が所定値以上になると、コンパレータ４６０のプラスの端子側に入力される電圧の値は、マイナスの端子側に入力される基準電圧以上の値となり、コンパレータ４６０の出力はハイレベルに遷移する。したがって、駆動信号制御部５００は、コンパレータ４６０からハイレベルの信号（例えばデジタル値「１」を示す信号）が入力された場合、斥力ローラ２４に印加される電圧が所定値に到達したと判断することができる。

駆動信号制御部５００には、電源制御部３００からの第１駆動信号（ＡＣ＿ＰＷＭ）および第２駆動信号（ＡＣ＿ＣＬＫ）が入力される。駆動信号制御部５００は、上記のようにして、斥力ローラ２４に印加される電圧が所定値に到達したと判断した場合は、交流電源１４０に対する第１駆動信号および第２駆動信号の供給を停止する制御を行う。それ以外の場合においては、駆動信号制御部５００は、電源制御部３００から入力される第１駆動信号および第２駆動信号を、そのまま交流電源１４０へ出力する。

本実施形態の構成であっても、上述の第１実施形態と同様の効果を達成できる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、上述の各実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。本発明は、上述の各実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上述の各実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、各実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。また、各実施形態および変形例は任意に組み合わせることが可能である。

上述の電源制御部３００で実行されるプログラムは、インストール可能な形式又は実行可能な形式のファイルでＣＤ−ＲＯＭ、フレキシブルディスク（ＦＤ）、ＣＤ−Ｒ、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｋ）等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録して提供するように構成してもよい。

さらに、上述の電源制御部３００で実行されるプログラムを、インターネット等のネットワークに接続されたコンピュータ上に格納し、ネットワーク経由でダウンロードさせることにより提供するように構成してもよい。また、上述の電源制御部３００で実行されるプログラムをインターネット等のネットワーク経由で提供または配布するように構成してもよい。

１ 複写システム
２０ 作像部
２３ 中間転写ベルト
２４ 斥力ローラ
２５ 二次転写ローラ
１１０ 直流電源
１１１ 第１直流電源
１１２ 第２直流電源
１４０ 交流電源
２００ 電源装置
２５０ 蓄電部
３００ 電源制御部
４００ フィードバック回路
４５０ フィードバック回路
５００ 駆動信号制御部

特開２０１２−４２８３５号公報

Claims (8)

1. 像担持体上に形成された静電トナーパターンを用紙に転写する転写部と、
   直流電圧を生成する直流電源と、
   前記転写部と前記直流電源との間に直列に接続され、交流電圧を生成する交流電源と、
   前記交流電源から見て前記直流電源と並列に接続される蓄電部と、
   前記転写部による転写が行われる場合は、前記直流電圧に前記交流電圧を重畳した第１重畳電圧を出力する制御を行う一方、前記転写部による転写が終了してから、前記転写部による次の転写が行われるまでの間においては、転写時とは反対の極性の前記直流電圧に前記交流電圧を重畳した第２重畳電圧を出力する制御を行う電源制御部と、を備える、
   画像形成装置。
2. 前記電源制御部は、前記転写部による転写が終了してから、前記転写部による次の転写が行われるまでの間において、前記転写部に印加される電圧が所定値に到達した場合は、前記交流電圧の出力を停止する制御を行う、
   請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記交流電圧の出力を指示する駆動信号の前記交流電源に対する供給の可否を制御する駆動信号制御部をさらに備え、
   前記駆動信号制御部は、前記転写部に印加される電圧が所定値に到達した場合は、前記交流電源に対する前記電源制御部からの前記駆動信号の供給を停止する、
   請求項１に記載の画像形成装置。
4. 前記電源制御部は、前記転写部による転写が行われる場合は、負極性の前記直流電圧に前記交流電圧を重畳した前記第１重畳電圧を出力する制御を行う一方、前記転写部による転写が終了してから、前記転写部による次の転写が行われるまでの間においては、正極性の前記直流電圧に前記交流電圧を重畳した前記第２重畳電圧を出力する制御を行う、
   請求項１乃至３のうちの何れか１項に記載の画像形成装置。
5. 前記直流電源は、前記電源制御部の制御の下、負極性の前記直流電圧または正極性の前記直流電圧を生成して出力する、
   請求項１乃至４のうちの何れか１項に記載の画像形成装置。
6. 前記蓄電部は、コンデンサである、
   請求項１乃至５のうちの何れか１項に記載の画像形成装置。
7. 前記交流電圧の波形は矩形波である、
   請求項１乃至６のうちの何れか１項に記載の画像形成装置。
8. 直流電圧を生成する直流電源と、
   前記直流電源と、像担持体上に形成された静電トナーパターンを記録媒体に転写する転写部との間に直列に接続され、交流電圧を生成する交流電源と、
   前記交流電源から見て前記直流電源と並列に接続される蓄電部と、を備え、
   前記転写部による転写が行われる場合は、前記直流電圧に前記交流電圧を重畳した第１重畳電圧を出力する一方、前記転写部による転写が終了してから、前記転写部による次の転写が行われるまでの間においては、転写時とは反対の極性の前記直流電圧に前記交流電圧を重畳した第２重畳電圧を出力する、
   電源装置。

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